GDX2包裝機(jī)鋁紙?zhí)蕹到y(tǒng)改造

鄒紹康，莊護(hù)林，李勤書(shū)，李 燁

（紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司紅河卷煙廠，云南彌勒 652300）

0 引言

紅河卷煙廠現(xiàn)有8組GDX2包裝機(jī)（國(guó)產(chǎn)機(jī)為ZB45），在生產(chǎn)運(yùn)行中表現(xiàn)出較好的生產(chǎn)力及產(chǎn)品包裝質(zhì)量，是工廠中速包裝設(shè)備的主力硬盒包裝機(jī)型。但是，該機(jī)型在長(zhǎng)期的設(shè)備運(yùn)行中，也表現(xiàn)出鋁紙?zhí)蕹煌耆?、鋁紙歪斜及長(zhǎng)短等設(shè)備及質(zhì)量問(wèn)題，從維修經(jīng)驗(yàn)可以看出，該類(lèi)問(wèn)題主要由鋁紙?zhí)蕹b置不穩(wěn)定引起。

針對(duì)鋁紙?zhí)蕹b置的維修情況，從MES制造執(zhí)行系統(tǒng)中統(tǒng)計(jì)了工廠8組GDX2包裝機(jī)在鋁紙?zhí)蕹b置部分造成的平均故障維修頻次，如表1所示。從表1可以看出，平均每臺(tái)機(jī)每年在鋁紙?zhí)蕹b置部分發(fā)生的故障維修為26次，全部8組GDX2機(jī)型每年的故障維修總量達(dá)到208次，按1 a 220 d的生產(chǎn)天數(shù)計(jì)算，平均每天有0.95次的故障需要處理。這一問(wèn)題大大制約了GDX2機(jī)型運(yùn)行效能的充分發(fā)揮，同時(shí)使鋁紙?zhí)蕹b置的故障維修成為常態(tài)性問(wèn)題。因此，鋁紙?zhí)蕹b置不穩(wěn)定的問(wèn)題亟待解決。

1 項(xiàng)目的意義

本課題研究的GDX2鋁紙?zhí)蕹b置，其目的是解決因?yàn)樵须姶盆F剔除裝置自身不穩(wěn)定帶來(lái)的設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定及質(zhì)量不穩(wěn)定。通過(guò)從剔除裝置的結(jié)構(gòu)原理、工作環(huán)境、維修難度等方面展開(kāi)了深入、系統(tǒng)的分析與研究，從而得到采用一種新結(jié)構(gòu)（氣缸電磁閥控制機(jī)構(gòu)）來(lái)代替電磁鐵控制機(jī)構(gòu)的改進(jìn)思路，保證鋁紙?zhí)蕹b置的穩(wěn)定性和后期維護(hù)高效性，進(jìn)而促進(jìn)設(shè)備的正常運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

表1 鋁紙?zhí)蕹b置故障維修次數(shù)統(tǒng)計(jì)

通過(guò)新剔除裝置的設(shè)計(jì)、研制、現(xiàn)場(chǎng)安裝和上機(jī)調(diào)試，成功地解決GDX2鋁紙?zhí)蕹b置不穩(wěn)定的問(wèn)題，有效控制了因剔除裝置故障停機(jī)帶來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大、原輔材料消耗過(guò)高、人員勞動(dòng)強(qiáng)度偏大等實(shí)際問(wèn)題，從而提升了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和設(shè)備的穩(wěn)定性，達(dá)到了優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、安全的生產(chǎn)目的。新鋁紙?zhí)蕹b置的研制思路和使用經(jīng)驗(yàn)，可以推廣到GDX2000，GDX3000，GDX6和ZB48等相關(guān)設(shè)備上，具有一定的技術(shù)先進(jìn)性和推廣價(jià)值。

2 原鋁紙?zhí)蕹b置存在問(wèn)題及分析

2.1 原鋁紙?zhí)蕹b置工作原理（圖1）

鋁紙?zhí)蕹b置采用技術(shù)相對(duì)落后的電磁鐵裝置實(shí)現(xiàn)多余鋁紙材料的自動(dòng)剔除。當(dāng)組煙模盒無(wú)煙支組時(shí)，電磁鐵得電，電磁鐵芯子在磁場(chǎng)力作用下平行上移，電磁鐵芯子接觸到推桿后帶動(dòng)推桿克服彈簧力向上運(yùn)動(dòng)。從而帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)向后運(yùn)動(dòng)，使與連桿機(jī)構(gòu)相連的鋁紙限位塊后退，讓出鋁紙向下運(yùn)行的空間；同時(shí)鋁紙?zhí)蕹喯蚯斑\(yùn)動(dòng)，與鋁紙?zhí)蕹z輪接觸，被膠輪帶動(dòng)做逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，使進(jìn)入兩輪間的鋁紙（與無(wú)煙支組的組煙模盒相對(duì)應(yīng)）向下輸送，進(jìn)入剔除筐內(nèi)，完成鋁紙的剔除動(dòng)作。

當(dāng)組煙模盒存在煙支組時(shí)，電磁鐵失電，連桿機(jī)構(gòu)在彈簧力作用下迅速回位，鋁紙?zhí)蕹喯蚝筮\(yùn)動(dòng)，與鋁紙?zhí)蕹z輪分離，鋁紙限位塊向前運(yùn)動(dòng)，擋住鋁紙進(jìn)入剔除筐的空間，保證鋁紙順利到達(dá)包裝折疊的工作位置，完成鋁紙折疊前的準(zhǔn)備工作。

電磁鐵控制原理：當(dāng)組煙模盒有煙支組被剔除時(shí)，程序控制輸出信號(hào)加到固態(tài)繼電器上，從而形成交流電壓加到電磁鐵上，從而在線圈上形成磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)電磁鐵芯子移動(dòng)，帶動(dòng)鋁紙?zhí)蕹B桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作，執(zhí)行鋁紙的剔除的動(dòng)作。

圖1 改進(jìn)前鋁紙?zhí)蕹b置工作原理

2.2 原鋁紙?zhí)蕹b置存在問(wèn)題

2.2.1 產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題

（1）鋁紙?zhí)蕹b置連桿與電磁鐵芯子在工作時(shí)存在沖擊現(xiàn)象，長(zhǎng)期反復(fù)的沖擊運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致連桿端部出現(xiàn)膨扁變形，使連桿機(jī)構(gòu)的行程縮短。

（2）鋁紙?zhí)蕹b置工作環(huán)境極差（煙灰多），電磁鐵密封困難，煙灰容易進(jìn)入電磁鐵工作線圈內(nèi)部，阻礙電磁鐵芯子的正常移動(dòng)，導(dǎo)致連桿行程不穩(wěn)定。

（3）由于連桿回位壓簧彈力不是很大，連桿機(jī)構(gòu)的8件軸承在惡劣的工作環(huán)境下，容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活的現(xiàn)象。

上述3種情況均會(huì)導(dǎo)致鋁紙限位塊前進(jìn)時(shí)不能到達(dá)工作位置，鋁紙會(huì)從限位塊與導(dǎo)板的縫隙向下移動(dòng)，導(dǎo)致鋁紙不能在正確的包裝位置，從而影響鋁紙的折疊質(zhì)量（圖2）。鋁紙限位塊后退，鋁紙?zhí)蕹b置工作時(shí)，限位塊不能到達(dá)隱藏位置，該剔除的鋁紙向下運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受限位塊的阻擋，導(dǎo)致不能正常剔除，出現(xiàn)鋁紙堵塞在剔除輪處，阻礙下一張鋁紙的正常傳送，從而影響鋁紙折疊質(zhì)量，產(chǎn)生鋁紙廢煙。

圖2 改進(jìn)前鋁紙?zhí)蕹b置長(zhǎng)期使用結(jié)果

2.2.2 質(zhì)量監(jiān)控問(wèn)題

當(dāng)出現(xiàn)上述幾種情況時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題較為隱蔽，不易觀察，往往會(huì)導(dǎo)致大批量的產(chǎn)品進(jìn)入下道工序，造成產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題、原輔材料消耗、操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度加大等嚴(yán)重危害。從生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄中發(fā)現(xiàn)，GDX2包裝機(jī)型因?yàn)樯鲜鰡?wèn)題導(dǎo)致翻箱等質(zhì)量事故次數(shù)較多。

2.2.3 維修難度較大

鋁紙?zhí)蕹b置所處空間狹小，且拆卸電磁鐵需要拆下支座，該支座的拆卸需要在盤(pán)車(chē)手輪兩邊進(jìn)行操作，導(dǎo)致維修困難，耗時(shí)較長(zhǎng)。

鑒于以上分析結(jié)論，發(fā)現(xiàn)該裝置在實(shí)際運(yùn)行中，存在較多的不穩(wěn)定因素，而且維修量較大，尤其以軸承消耗量較大。為徹底消除該處隱患，有必要設(shè)計(jì)穩(wěn)定性好的機(jī)構(gòu)來(lái)替代，以保證鋁紙?zhí)蕹b置運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少該裝置的維修次數(shù)，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

2.3 原剔除裝置改進(jìn)

為了簡(jiǎn)化剔除裝置結(jié)構(gòu)，同時(shí)加大此處空間以便于點(diǎn)檢和維修，尋找一種適合的結(jié)構(gòu)來(lái)替代現(xiàn)有穩(wěn)定性差的電磁鐵控制機(jī)構(gòu)是解決問(wèn)題的關(guān)鍵所在。從目前高速包裝設(shè)備中可以看出，對(duì)于有一定行程的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用氣缸控制的方式是比較適合且穩(wěn)定的選擇，因此對(duì)鋁紙?zhí)蕹b置的改進(jìn)思路如下。

（1）增強(qiáng)穩(wěn)定性。消除鋁紙?zhí)蕹b置動(dòng)力源的不穩(wěn)定因素，用氣缸代替電磁鐵作為該裝置的執(zhí)行動(dòng)力源，消除工作環(huán)境灰塵多對(duì)動(dòng)力機(jī)構(gòu)的影響，增加鋁紙?zhí)蕹δ艿姆€(wěn)定性。

（3）電磁閥控制。加裝電磁閥自動(dòng)控制氣缸的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)鋁紙的剔除與限位功能的轉(zhuǎn)換。

（4）簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。改進(jìn)后的鋁紙?zhí)蕹b置，在維修時(shí)不需要拆卸支座，減少維修用時(shí)。

（5）減小鋁紙?zhí)蕹b置體積，使該處空間加大，便于維修。這一改進(jìn)思路需要解決氣缸型號(hào)確定、氣管連接、電磁閥選型、電氣功能實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題。

2.3.1 氣缸型號(hào)及控制附件確定

（1）氣缸選型。條件：淤不能對(duì)原有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干涉。鋁紙?zhí)蕹b置讓出空間便于一輪模盒順利轉(zhuǎn)動(dòng)而不發(fā)生干涉，因此氣缸寬度不能大于剔除支座的寬度（24 mm）。于機(jī)構(gòu)動(dòng)作行程達(dá)到使用要求。鋁紙?zhí)蕹b置連桿行程在8 mm左右，所選氣缸行程不宜大于10 mm。

根據(jù)上述要求，選擇外形寬度為20 mm、行程為10 mm的氣缸，對(duì)應(yīng)氣缸型號(hào)為ADVC-12-10-A-P。鋁紙限位塊在使用限位功能時(shí)，其位置向前3mm左右更有利于保證鋁紙?zhí)幱谡_的包裝位置。唯一需要改動(dòng)的是避開(kāi)薄片的開(kāi)槽深度。或使限位塊連接的連桿端部減小2 mm，保證其前進(jìn)、后退都能夠到達(dá)需要位置。而鋁紙?zhí)蕹喌那斑M(jìn)行程被與之配合的膠輪位置限制，其壓力可通過(guò)氣壓表進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證其存在適當(dāng)壓力。

隨著收入水平不斷提高，消費(fèi)結(jié)構(gòu)逐步升級(jí)，人們休閑旅游的需求更加旺盛。與此同時(shí)，城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程不斷加快，農(nóng)村的基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)更加完善，鄉(xiāng)村的好山好水好風(fēng)光更有魅力，人們到鄉(xiāng)村旅游的愿望更加強(qiáng)烈。但是，“千村一面”、粗制濫造、過(guò)度投資等問(wèn)題依然嚴(yán)重。專(zhuān)家建議，鄉(xiāng)村游要以文鑄魂，勾勒最神往的故鄉(xiāng)，書(shū)寫(xiě)最動(dòng)人的鄉(xiāng)愁，讓游客魂?duì)繅?mèng)縈——

（2）氣管連接。由剔除裝置支座下方進(jìn)行連接，避免氣管影響其他轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，容易實(shí)現(xiàn)。

（3）電磁閥選擇。根據(jù)氣缸的行程及大小，選擇相應(yīng)的電磁閥來(lái)進(jìn)行控制，以滿(mǎn)足氣缸的正常動(dòng)作，同時(shí)保證電磁閥的安裝位置。因此選擇型號(hào)為45A-AC1-DDAJ-1JB（MAC）24 VDC 5.4 W的電磁閥作為信號(hào)控制閥。

改進(jìn)后電磁閥控制原理：當(dāng)改為電磁閥來(lái)控制執(zhí)行鋁紙?zhí)蕹齽?dòng)作后，由于電磁閥的工作電壓為+24 V，故在電路中取消了固態(tài)繼電器。直接用輸出板輸出信號(hào)控制電磁閥線圈得電，使電磁閥線圈得電動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)氣缸執(zhí)行鋁紙?zhí)蕹膭?dòng)作。

當(dāng)改為電磁閥來(lái)控制執(zhí)行鋁紙?zhí)蕹齽?dòng)作后，由于電磁閥的工作電壓為+24 V，故在電路中取消了固態(tài)繼電器。直接用輸出板輸出信號(hào)控制電磁閥線圈得電，使電磁閥線圈得電動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)氣缸執(zhí)行鋁紙?zhí)蕹膭?dòng)作。

（4）電磁閥安裝位置選擇。安裝于煙灰相對(duì)較少的地方，減小電磁閥磨損周期，保證其工作穩(wěn)定性，容易實(shí)現(xiàn)。

（5）電磁閥信號(hào)轉(zhuǎn)換控制。由于設(shè)備上電磁鐵的控制信號(hào)為交流電壓，故需要將控制器取消,選擇DC 24 V的電磁閥來(lái)進(jìn)行控制，并改接線路即可。

2.3.2 連桿設(shè)計(jì)

由于鋁紙?zhí)蕹b置限位、剔除功能轉(zhuǎn)換時(shí)，連接剔除輪與限位塊的運(yùn)動(dòng)支座并不是作平移運(yùn)動(dòng)，而是沿以軸承1和軸承2中心距為半徑的圓弧轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3a所示。因此，活塞平移運(yùn)動(dòng)時(shí)存在一個(gè)向上的力，影響氣缸活塞正常工作。在設(shè)計(jì)連桿時(shí)加裝了一絞鏈，避免氣缸軸徑向受力，影響氣缸的使用壽命。改進(jìn)后連桿結(jié)構(gòu)如圖3b所示。

圖3 鋁紙?zhí)蕹b置連桿

2.3.3 改進(jìn)后鋁紙?zhí)蕹b置工作原理

電磁閥控制氣缸兩根進(jìn)氣管壓縮空氣的轉(zhuǎn)換，當(dāng)電磁閥得電，氣管2進(jìn)氣，氣缸活塞向后運(yùn)動(dòng)，剔除輪向前運(yùn)動(dòng)，限位塊向后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鋁紙?zhí)蕹．?dāng)電磁閥失電，氣管1進(jìn)氣，活塞向前運(yùn)動(dòng)，剔除輪向后運(yùn)動(dòng)，限位塊向前運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鋁紙限位功能。電磁鐵的信號(hào)依然由模盒內(nèi)煙支檢測(cè)結(jié)果提供，如圖4所示。

2.4 效果驗(yàn)證

2.4.1 功能性

（1）改進(jìn)后的鋁紙?zhí)蕹b置由于在設(shè)計(jì)時(shí)考慮較為全面，所設(shè)計(jì)的連桿鉸鏈機(jī)構(gòu)消除連桿端部圓弧運(yùn)動(dòng)對(duì)氣缸徑向受力影響，鋁紙?zhí)蕹蛳尬还δ芡耆軌蝽樌麑?shí)現(xiàn)。

（2）改進(jìn)后的鋁紙?zhí)蕹b置很好的消除因?yàn)殡姶盆F不穩(wěn)定引起的相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量隱患，在降低了配件費(fèi)用和檢修費(fèi)用的同時(shí)，提高了紅河卷煙廠產(chǎn)品鋁紙質(zhì)量，減輕了維修人員及設(shè)備操作人員的勞動(dòng)量，并保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4.2 穩(wěn)定性

通過(guò)對(duì)鋁紙?zhí)蕹b置工作情況進(jìn)行了為期一年的跟蹤調(diào)查，并統(tǒng)計(jì)相應(yīng)故障，如表2所示。

表2 故障統(tǒng)計(jì)

2.4.3 便利性

改進(jìn)后由于拆除了供膠閥部分，空間尺寸由改進(jìn)前的250 mm×150 mm×210 mm 降低至 170 mm×110 mm×160 mm（圖5），使該部分的操作空間增大，為維修及保養(yǎng)工作提供了極大的方便。

3 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

（1）改進(jìn)后鋁紙?zhí)蕹b置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了，鋁紙?zhí)蕹?、限位功能同時(shí)由電磁閥和氣缸完成，動(dòng)作準(zhǔn)確、穩(wěn)定。電磁閥和氣缸尺寸較小，使該機(jī)構(gòu)安裝空間加大，便于維修。

（2）為了實(shí)現(xiàn)鋁紙?zhí)蕹b置2個(gè)功能的順利轉(zhuǎn)換，氣缸的選型是改進(jìn)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵。

（3）為保證氣缸不受徑向力的干擾，影響氣缸的使用壽命，連桿的設(shè)計(jì)是改進(jìn)的要點(diǎn)。

（4）電磁閥電路控制改進(jìn)是改進(jìn)后鋁紙?zhí)蕹b置動(dòng)作順利轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。

圖5 改進(jìn)前后鋁紙?zhí)蕹b置外形尺寸對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

研究GDX2鋁紙?zhí)蕹b置，目的是解決因?yàn)樵须姶盆F剔除裝置自身不穩(wěn)定帶來(lái)的設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定及質(zhì)量不穩(wěn)定，采用一種新結(jié)構(gòu)（氣缸電磁閥控制機(jī)構(gòu)）來(lái)代替電磁鐵控制機(jī)構(gòu)，保證鋁紙?zhí)蕹b置的穩(wěn)定性和后期維護(hù)高效性，進(jìn)而促進(jìn)設(shè)備的正常運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。通過(guò)新剔除裝置的設(shè)計(jì)、研制、現(xiàn)場(chǎng)安裝和上機(jī)調(diào)試，成功地解決GDX2鋁紙?zhí)蕹b置不穩(wěn)定的問(wèn)題，有效控制了因剔除裝置故障停機(jī)帶來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大、原輔材料消耗過(guò)高、人員勞動(dòng)強(qiáng)度偏大等實(shí)際問(wèn)題，從而提升了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和設(shè)備的穩(wěn)定性，達(dá)到了優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、安全的生產(chǎn)目的。新鋁紙?zhí)蕹b置的研制思路和使用經(jīng)驗(yàn)，可以推廣到GD機(jī)型相關(guān)設(shè)備上，具有一定的技術(shù)先進(jìn)性和推廣價(jià)值。